王镜岩-生物化学(第三版)配套练习及详解第二章 核酸化学

第二章  核酸化学

I 主要内容

一、核酸的种类、分布及主要功能

核酸是以核苷酸为基本单位形成的生物大分子。核酸根据其所含戊糖种类的不同分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）二种类型。DNA是绝大多数生物体内遗传信息的贮存者和传递者，主要在遗传信息的贮存和传递中发挥作用；大多数为双链，少数为单链；真核细胞中分布在细胞核，原核细胞中存在于拟核区。RNA一般是线状、单链，少数为环状双链；主要作用是参与蛋白质的生物合成，并根据其功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA；主要分布在细胞质中。另外，RNA在少数生物体内还起着遗传信息载体的作用。

二、核酸的化学组成

核酸是由核苷酸为基本单位构成的一类生物大分子。部分分解可以形成多核苷酸、核苷酸、核苷，完全水解可以形成磷酸、戊糖和含氮碱基。参与核酸构成的含氮碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。戊糖与含氮碱基之间通过C-N相连形成核苷（糖苷），核苷中戊糖基5′-OH与磷酸反应形成核苷酸。细胞中存在的核苷酸绝大多数均为5′-核苷酸，以3′，5′-磷酸二酯键形成核酸分子。

三、核酸的分子结构

（一）1．DNA或RNA一级结构  

DNA或RNA分子中核苷酸的排列顺序称为DNA或RNA的一级结构。核酸分子中遗传信息就贮存在特定的核苷酸（碱基）排列顺序之中。

（二）DNA的二、三级结构

1．DNA二级结构特点：（1）该结构由两条反向平行的DNA单链围绕其中心轴向右盘绕而成，其中一条链的方向是从3′- 5′，而另一条链的走向是从5′- 3′；（2）由磷酸和脱氧核糖交替排列形成双螺旋结构的主链骨架，位于双螺旋结构的外侧，糖环平面与中心轴的走向相平行，碱基则位于双螺旋结构的内部，其平面与中心轴的走向垂直；（3）每螺旋上升一圈需要10个碱基对，螺距是3.4nm直径2.0nm；（4）DNA双链对应位置碱基之间具有严格的规律性，即A=T，G=C。

2. 维持DNA二级结构稳定的因素：（1）互补碱基对间的氢键；（2）碱基堆集力；（3）离子键。

3. 生物学意义：（1）揭示了DNA分子上遗传信息的贮存规律；（2）揭示了DNA分子的可复制性以及DNA分子内遗传信息的传递方式。

DNA的三级结构是指双螺旋的卷曲构象，最常见的是超螺旋结构。

（三）RNA二、三级结构

RNA一般由一条链构成，二级结构的最主要特点是“发夹”结构。tRNA二级结构呈三叶草形，三级结构呈“倒L形。

四、核酸的主要性质

1．溶解性和旋光性。

2．紫外吸收特性：核苷酸定量分析(摩尔消光系数)法。

3．碱基、核苷和核苷酸的解离；碱基和磷酸上的可解离基团，核苷和核苷酸的等电点

4．变性、复性及DNA的分子杂交。

II  习  题

一、 名词解释

1.稀有核苷：

2.DNA二级结构：

3.三叶草模型

    4.“线团”转变：

    5.分子杂交：

6. 增色效应： 

7． Tm：

是非题: 判断下列各句话意思的正确与否，正确的在题后括号内画“√”，错误 的画“×”，如果是错误的，请说明其理由。

    

1．核苷由碱基和核糖以β-型C-N糖苷键相连。

2．核苷酸是由核苷与磷酸脱水缩合而成，核苷酸是核苷的磷酸酯

3．DNA与RNA一样，在1N KOH溶液中不很稳定，生成2'，3'脱氧核苷酸。

4．DNA碱基配对规律(A＝T, G＝C)仅适用于双链DNA而不适用单链DNA.

5．在DNA变性过程中,总是G＝C对丰富的区段先解链分开。

6．DNA是所有生物的遗传物质。

7．在DNA局部双螺旋区内，两条链之间的方向也是反向平行的。 

8．不同来源的DNA单链，在一定条件下能进行分子杂交，是由于它们有共同的碱基组成。

9．当某DNA溶液温度升高到一定程度时，OD260提高30％，说明它是该DNA分子为双链DNA。

10．DNA分子的可复制性主要是由DNA双链对应位置之间碱基的互补性所决定的。

11．DNA变性后由双螺旋结构变成线团结构。

12．Tm值低的DNA分子中(A-T)％高。

13．双链DNA中，一条链上某一区段的核苷酸顺序为： pCpTpGpGpApC，那么另一条链上相应的区段的核苷酸顺序为:pGpApCpTpG.

14．由于RNA不是双链，因此所有的RNA分子中都没有双螺旋结构。

15．DNA两条链间的碱基配对原则总是A对T、C对G、而DNA与mRNA之间的碱基配对原则为A对U、T对A以及G对C。

16．DNA的复制和转录都必须根据碱基配对的原则。

17．某氨基酸tRNA反密码子为GUC，在mRNA上相对应的密码子应该是CAG。

18．细胞内DNA的核苷酸顺序都不是随机的而是由遗传性决定的。

二、填空题

1．核苷酸是由              、              和磷酸基三者组成的。

2．在各种RNA中             含稀有碱基最多。

3．DNA双螺旋的直径为__________________ ，双螺旋每隔___________旋转一圈，约相当于________对，核糖－磷酸主链位于螺旋体___   ___侧，碱基对位于螺旋体________侧。

4．真核生物的DNA存在于              ，其生物学作用是                    。

5．所有RNA的核苷酸顺序都是由它们的              。

6．将双链DNA放置在pH2以下或pHl2以上，其OD260                ,在同样条件下单链DNA的OD260                。

7．B型DNA双螺旋是由两条链是            平行的，螺距             每个螺旋的碱基对基数为               。

8．DNA抗碱的原因是                         决定的。

9．将A、U、C和G四种核苷酸溶解在pH3.5的缓冲液中，从负极向正极进行电泳，

             跑得最快，              跑得最慢。

10．从E.coli中分离的DNA样品内含有20％的腺嘌呤(A)，那么T＝     ％，G十C＝        ％。

11．某DNA片段的碱基顺序为GCTACTAAGC，它的互补链顺序应为                。

12．酵母tRNAAla二级结构模型呈        __状；主要包括_     _____、___       ___ 、___________、            和____________五部分组成。

13．当温度逐渐升到一定高度时，DNA双链             称为变性。当温度逐渐降低时，DNA的两条链              ，称为              。

14．DNA的复性速度与              、              以及DNA片段的大小有关。

15．天然DNA的负超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链            引起的为          手超螺旋，正超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链              引起的为             手超螺旋。

16．tRNA的二级结构呈             形，三级结构的形状像             。

17．核酸分子含有______  ______和_____    _______碱，所以对____________nm的波长有强烈吸收。

18．维持DNA双螺旋结构稳定的因素有____ ___  ___ _、_____      __和_____________。

三、选择题

1．在双链DNA中，碱基含量关系错误的是：

       A A＝T、G＝C;          B A+T＝G＋C;

       C G＝C+mC;           D A+G＝C＋T;

    2．双链DNA的Tm上升是下列哪组碱基高引起的?

       A A+G;             B C+T;

       C A+T; D G+C.

    3．Watson-Crick的DNA双螺旋模型表示:

       A 一个三链结构;        B 双链走向是反向平行的;

       C 碱基A与G配对; D 碱基之间共价结合;

    4．DNA热变性的显著变化是:

       A 磷酸二酯链断裂;      B 生成2',3'环核苷酸;

       C Tm值与GC含量有关; D 260nm吸收值增加;

    5．绝大多数真核生物的mRNA的5'端有:

       A  PolyA;                 B  CCA－OH;   

       B  帽子结构、起始密码;       D 终止密码;  

    6．各类核酸中含稀有核苷最多的是:

       A tRNA        B rRNA;

       C  mRNA;                 D DNA.

    7．假尿苷中的糖苷键是:

       A  C－N连接;          B C－C连接;    

       C  N－N连接;            D O－C连接;

    8．与DNA序列5'－pTpApGpA－3'互补的序列是:

       A 5'－pTpCpTpA－3';         B 5'－pApTpCpT－3';

       C 5'－pUpCpUpA－3';         D 5'－pGpCpGpA－3';

    9．下列关于DNA的叙述哪项是错误的?

A 不同生物的DNA一级结构不同。

B 破坏DNA双螺旋，260nm光吸收增加。

       C 所有生物的DNA都为双链结构。

       D 细胞核DNA与线粒体DNA的三级结构不同;

    10．下列哪项可说明DNA是生物遗传信息的携带者?

       A 不同生物的碱基组成应该是相同的；

       B 病毒感染是通过蛋白质侵入宿主细胞来完成的；

       C 同一生物体不同组织的DNA通常具有相同的碱基组成。

       D 生物体的DNA碱基组成随年龄和营养状况的改变而改变。        

    11．存在于DNA中的bp是:

       A A-T;   B U-A; C C-G;    D G-A.

    12．对于细胞中RNA来说:

       A 含量最多的是rRNA;        B 含修饰核苷最多的是tRNA;

       C 所有RNA都在于细胞质中； D 寿命最短、含量最少的是mRNA;

    13．核酸变性时:

       A 氢键断裂、双链脱解、碱基堆积破坏；

       B 分子量不变；

       C 在退火条件下互补单链可以重新缔合为双链；

       D 单链核酸增色效应不显著。

14．DNA的Tm与介质的离子强度有关，所以DNA制品应保存在：

A 高浓度的缓冲浪中 B 低浓度的缓冲液中

C 纯水中 D 有机试剂中

15．热变性后的DNA：

        A 紫外吸收增加             B 磷酸二酯键断裂

        C 形成三股螺旋             D (G-C)％含量增加

16．下列过程中与DNA体外重组无关的是：

        A 用专一性的限制性内切酶在特定的互补位点切割载体DNA和供体DNA

        B 通过连接酶催化载体DNA与供体DNA接合。

        C 将重组后的DNA通过结合反应引入寄主细胞。

        D 常常根据载体所具有的抗药性来筛选含有重组DNA的细菌。

17．核酸分子中的共价键包括：

        A 嘌呤碱基第9位N与核糖第1位C之间连接的β—糖苷键

        B 磷酸与磷酸之间的磷酸酯键

        C 磷酸与核糖第1位C之间连接的磷酸酯键

        D 核糖与核糖之间连接的糖苷键

19．下列哪种物质不是由核酸与蛋白质结合而成的复合物：

        A 病毒     B 核糖体

        C 蛋白质生物合成70S起始物     D 线粒体内膜

20．下列关于核糖体的叙述正确的是：

        A 大小亚基紧密结合任何时候都不分开。

        B 细胞内有游离的也有与内质网结合的核糖体。

        C 核糖体是一个完整的转录单位。

        D 核糖体由两个相同的亚基组成。

21．Crick的摆动假说较好的描述了：

        A 密码子的第三位变动不影响与反密码子的正确配对

        B 新生肽链在核糖体上的延长机理。

        C 由链霉素引起的翻译错误。

        D 溶原性噬菌体经过诱导可变成烈性噬菌体。

22．分离出某病毒核酸的碱基组成为：A＝27％，G＝30％，C＝22％，T＝21％，该病毒应为：

A 单链DNA                     B 双链DNA

C 单链RNA                     D 双链RNA

四、问答与计算：

1．ＤＮＡ双螺旋结构模型的主要内容是什么？ 生物体内遗传信息的传递主要是通过什么方式实现的？

2．简要描述酵母tRNAAla的三叶草模型。

3．有一DNA分子，其(A+G)／(T+C)在一单链中的比值为0.9，试计算在另一互补链中(A+G)／(T+C)的比值。

4．DNA样品在水浴中加热到—定温度，然后冷至室温测其OD260，请问在下列情况下加热与退火前后OD260的变化如何?(a)加热的温度接近该DNA的Tm值；(b)加热的温度远远超过该DNA的Tm值。

5．假定每个基因有900对核苷酸，并且有三分之一的DNA不编码蛋白质，人的一个体细胞(DNA量为6.4×109对核苷酸)，有多少个基因?（参考答案4.72×106）如果人体有1013个细胞，那么人体DNA的总长度是多少千米? （参考答案2.2×1013千米）等于地球与太阳之间距离(2.2×109千米)的多少倍? （参考答案1000倍） (以三个碱基编码一个氨基酸，氨基酸平均分子量为120，核苷酸对平均分子量为640计算。)

6．根据同源蛋白质的知识，说明为什么编码同源蛋白质的基因(DNA片段)可以杂交?